Start-365.ru

Работа и Занятость
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Генная инженерия что это такое

Что такое генная инженерия и что она изучает?

Сложно найти в современном мире человека, который ничего не слышал бы об успехах генной инженерии.

Сегодня она является одним из наиболее перспективных путей развития биотехнологий, совершенствования сельскохозяйственного производства, медицины и ряда других отраслей.

Что такое генная инженерия?

Как известно, наследственные признаки любого живого существа записаны в каждой клетке организма в виде совокупности генов – элементов сложных белковых молекул РНК и ДНК. Вводя в геном живого существа чужеродный ген, можно изменить свойства получаемого организма, причём в нужную сторону: сделать сельскохозяйственную культуру более устойчивой к морозу и болезням, придать растению новые свойства и т.д.

Организмы, полученные в результате такой переделки, называются генно-модифицированными, или трансгенными, а научная дисциплина, занимающаяся исследованием модификаций генома и разработкой трансгенных технологий – генетической или генной инженерией.

Объекты генной инженерии

Наиболее часто объектами для исследования генной инженерии становятся микроорганизмы, клетки растений и низших животных, однако ведутся исследования и на клетках млекопитающих, и даже на клетках человеческого организма. Как правило, непосредственным объектом исследования является молекула ДНК, очищенная от прочих клеточных веществ. При помощи энзимов ДНК расщепляется на отдельные отрезки, причём важно уметь распознавать и выделять нужный отрезок, переносить его при помощи энзимов и встраивать в структуру другой ДНК.

Современные методики уже позволяют достаточно свободно манипулировать отрезками генома, размножать нужный участок наследственной цепи и вставлять его на место другого нуклеотида в ДНК реципиента. Накоплен достаточно большой опыт и собрана немалая информация по закономерностям строения наследственных механизмов. Как правило, преобразованиям подвергаются сельскохозяйственные растения, что уже позволило существенно повысить результативность основных продовольственных культур.

Для чего нужна генная инженерия?

К середине ХХ века традиционные методы селекции перестали устраивать учёных, так как это направление обладает рядом серьёзных ограничений:

  • невозможно скрещивать неродственные виды живых существ;
  • процесс рекомбинации генетических признаков остаётся неуправляемым, и необходимые качества у потомства появляются в результате случайных комбинаций, при этом очень большой процент потомства признаётся неудачным и отбрасывается в ходе селекции;
  • точно задать нужные качества при скрещивании невозможно;
  • селекционный процесс занимает годы и даже десятилетия.


Естественный механизм сохранения наследственных признаков является чрезвычайно стойким, и даже появление потомства с нужными качествами не даёт гарантии сохранения этих признаков в последующих поколениях.

Генная инженерия позволяет преодолеть все вышеперечисленные затруднения. С помощью трансгенных технологий можно создавать организмы с заданными свойствами, заменяя отдельные участки генома другими, взятыми у живых существ, принадлежащих к другим видам. При этом сроки создания новых организмов существенно сокращаются. Необязательно закреплять нужные признаки, делая их наследуемыми, так как всегда есть возможность генетически модифицировать следующие партии, поставив процесс буквально на поток.

Этапы создания трансгенного организма

  1. Выделение изолированного гена с нужными свойствами. Сегодня для этого существуют достаточно надёжные технологии, есть даже специально подготовленные библиотеки генов.
  2. Ввод гена в вектор для переноса. Для этого создаётся специальная конструкция – трансген, с одним или несколькими отрезками ДНК и регуляторными элементами, который встраивается в геном вектора и подвергается клонированию при помощи лигаз и рестриктаз. В качестве вектора обычно используются кольцеобразные бактериальные ДНК – плазмиды.
  3. Встраивание вектора в организм реципиента. Этот процесс скопирован с аналогичного природного процесса встраивания ДНК вируса или бактерии в клетки носителя и действует таким же образом.
  4. Молекулярное клонирование. При этом клетка, подвергшаяся модификации, успешно делится, производя множество новых дочерних клеток, которые содержат изменённый геном и синтезируют белковые молекулы с заданными свойствами.
  5. Отбор ГМО. Последний этап ничем не отличается от обычной селекционной работы.

Безопасна ли генная инженерия?

Вопрос, насколько безопасны трансгенные технологии, периодически поднимается как в научной среде, так и в СМИ, далёких от науки. Однозначного ответа на него нет до сих пор.

Во-первых, генная инженерия остаётся ещё достаточно новым направлением биотехнологий, и статистика, позволяющая делать объективные выводы об этой проблеме, пока что не успела накопиться.

Во-вторых, огромные вложения в генную инженерию со стороны транснациональных корпораций, занимающихся производством продуктов питания, могут служить дополнительной причиной отсутствия серьёзных исследований.

Впрочем, в законодательствах многих стран появились нормы, обязывающие производителей указывать наличие продуктов из ГМО на упаковке товаров пищевой группы. В любом случае, генная инженерия уже продемонстрировала высокую результативность своих технологий, а её дальнейшее развитие обещает людям ещё больше успехов и достижений.

Генная инженерия: от истоков до наших дней

Генная инженерия: от истоков до наших дней

Генная инженерия – это больше, чем наука. Это технологическая совокупность разных наук: генетики, биологии, химии, вирусологии, химической инженерии и так далее. Это мощный инструмент для создания новых генетических комбинаций, отличных от существующих в природе, путем внесения изменений в ДНК и РНК. Создаются новые генетические комбинации с целью усовершенствования привычной комплектации, придания живому объекту свойств и качеств, ему не присущих. Рекомбинантная молекула ДНК имеет форму кольца, она содержит гены, составляющие объект генетических манипуляций, и вектор-фрагмент ДНК, обеспечивающий размножение рек ДНК и синтез конечных продуктов деятельности генетической системы-белков.

Читать еще:  Инженер кип и асу тп

Генная инженерия полноценно зародилась в 70-х годы XX века в США . Именно в этот период сложились удачные экономические, политические и научные условия. Предпосылки для формирования генной инженерии начали закладываться еще в 19 веке. На тот момент миру уже были известны законы наследственности Менделя. В 1869 г. И. Мишер открыл факт существования ДНК, в 1910 г. профессор Т. Морган обнаружил, что гены расположены линейно на хромосомах и образуют группы сцепления. А уже в 1953 г. было сделано важнейшее открытие — Дж. Уотсон и Ф. Крик установили молекулярную структуру ДНК.
К началу 60-х учеными были изучены свойства генетического кода, а к концу 60-х годов его универсальность была подтверждена опытным путем. Именно в тот период установилось активное развитие генетики, объектами которой были вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов. ДНК вирусов и плазмид вводили в клетки в биологически активной форме, обеспечивая ее репликацию и экспрессию соответствующих генов. В 70-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК. И, все-таки, датой рождения генетической инженерии считается 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер и их научная группа создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса и бактериофага.

Сегодня генная инженерия используется во многих сферах. Например, на основе генной инженерии сформировалась отрасль фармацевтической промышленности, называемая “индустрия ДНК” и представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии. В медицине применяется инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекомбинантных ДНК. Генная инженерия за короткий срок оказала огромное влияние на развитие различных молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться на пути познания генетического аппарата.

П рименение генной инженерии. Интересные факты

Количество генетически модифицированных продуктов на сегодняшний день исчисляется уже сотнями и тысячами. Несмотря на этот факт их реализация во многих странах ограничена или вообще запрещена. Очень настороженно относятся к употреблению ГМО страны Европы, гораздо более лояльно — США, ведь именно там впервые появились компании по производству ГМО- продуктов. Ранее в своих статьях мы уже рассказывали о пользе и вреде ГМО, поэтому не будем сейчас подробно на этом останавливаться. Вот список самых популярных в мире продуктов ГМО, над которыми проводилось много генетических опытов: кукуруза, хлопок, соя, помидоры, картофель, кабачки, рис, табак, свекла. Какие качества приобрели эти продукты после генной модификации? Например, помидор теперь обладает суперспособностью несколько месяцев хранится в холодном помещении в полузрелом виде, а после того, как его поместят в комнатную температуру, созревать до нормы в течение суток. Для промышленности и торговли — это очень удобное качество. Помидоры можно везти из дальних стран, хранить на складах, а затем уже на полках магазинов они превращаются в сочные спелые томаты.

Еще с помощью генной инженерии стало возможным увеличить количество витаминов и полезных веществ в продукте. Например, обогатить рис витамином «А» и взращивать его в тех регионах, где люди имеют массовую нехватку этого элемента. Также возможно обеспечить зерновые культуры большей устойчивостью к климатическим условиям. Например, понизить нуждаемость в воде, чтобы взращивать рожь в условиях засухи, или сделать их более неприхотливыми к морозам и взращивать в северных регионах.

Путем генетической модификации растений можно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами. Так, в начале 2000-х в геном кукурузы был внедрен ген земляной бактерии Bacillus thuringiensis. Этот ген обеспечивает высокий уровень защиты растения, после чего в дополнительной обработке оно уже не нуждается.

Наука пошла еще дальше. ГМО-растениям стали внедрять свойства лекарственных препаратов. Так, индийские ученые создали банан с анальгином, и салат, вырабатывающий иммунитет против гепатита В.

Очень остро в 21 веке стоит экологическая проблема, которую сейчас тоже пытаются решить в том числе с помощью генной инженерии. Были созданы особые сорта растений с функцией очистки почвы. Они поглощают цинк, никель, кобальт и иные опасные вещества из загрязненных промышленными отходами почв.

Затронула генная инженерия и животных. Началось все с прославившейся на весь мир овечки Долли, которую клонировали в 1996 г. методом пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки. Уже в наши дни, ученые из Южной Кореи умудрились вывести вид кошек, которые светятся в темноте красным цветом. С какой целью это сделано можно только предполагать. Возможно, в Корее высокая смертность кошек от колёс автомобилей в ночное время. А вот новые овцы, в ДНК которых внедрили гены шелкопряда, будут обладать роскошной шерстью, которую планируется использовать в текстильной промышленности.

Читать еще:  Должностная инструкция инженера по безопасности дорожного движения

Английский врач Х. Санг смогла вывести куриц с ДНК человека. Яйца от таких куриц содержат особые протеины, которые, по ее утверждению, при употреблении яиц в пищу, поспособствуют излечению рака кожи. Ученые шагнули еще дальше и пробуют выращивать в теле животных органы, которые затем возможно будет целиком трансплантировать людям. Для минимизации риска отторжения тканей, животным вводят специальные гены. Уже проведен успешный эксперимент пересаживания мыши поджелудочной железы, выращенной в теле крысы. Этими опытами занимается как раз та научная лаборатория в Великобритании, которая представила миру овечку Долли.

Изменение ДНК человека

Дошло дело и до человека. В 2015 году впервые была проведена процедура изменения ДНК человека с целью продления молодости клеток. Сейчас генная инженерия активно работает в направлении разработки методов эффективного омоложения и улучшения качества жизни человека. В 2018 году китайский ученый Хэ Цзянькуй заявил, что создал двух детей-близнецов с измененными генами с целью создания у них иммунитета к вирусу ВИЧ, носителем которого являлся их отец. Все это, с одной стороны, выглядит грандиозно и обнадёживает, с другой вызывает опасения, ведь генетические манипуляции, теоретически, возможно использовать не только в благих и мирных целях.
После эксперимента с ДНК близнецов в Китае, ЮНЕСКО выступила с инициативой о запрете изменения генов новорожденных до того момента, пока достоверно не будет доказана безопасность таких манипуляций. Организация беспокоится, что генетические вмешательства могут негативно отразиться на будущих поколениях и вызвать самые неожиданные мутации. В связи с этим, ЮНЕСКО настаивает, чтобы государства совместно приняли меры по обеспечению корректных с этической точки зрения экспериментов в области генной инженерии. Представители комитета сослались на принципы научной деятельности, прописанные во Всеобщей декларации ООН о геноме человека и правах человека (1997 г.).

ГЕНЕТИ́ЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕ́РИЯ

  • В книжной версии

    Том 6. Москва, 2006, стр. 554-556

    Скопировать библиографическую ссылку:

    ГЕНЕТИ́ЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕ́РИЯ, со­во­куп­ность ме­то­дов био­хи­мии и мо­ле­ку­ляр­ной ге­не­ти­ки, с по­мо­щью ко­то­рых осу­ще­ст­в­ля­ет­ся на­прав­лен­ное ком­би­ни­ро­ва­ние ге­не­тич. ин­фор­ма­ции лю­бых ор­га­низ­мов. Г. и. по­зво­ля­ет пре­одо­ле­вать при­род­ные меж­ви­до­вые барь­е­ры, пре­пят­ст­вую­щие об­ме­ну ге­не­тич. ин­фор­ма­ци­ей ме­ж­ду так­со­но­ми­че­ски уда­лён­ны­ми ви­да­ми ор­га­низ­мов, и соз­да­вать клет­ки и ор­га­низ­мы с не су­ще­ст­вую­щи­ми в при­ро­де со­че­та­ния­ми ге­нов, с за­дан­ны­ми на­сле­дуе­мы­ми свой­ст­ва­ми. Гл. объ­ек­том ген­но-ин­же­нер­но­го воз­дей­ст­вия яв­ля­ет­ся но­си­тель ге­не­тич. ин­фор­ма­ции – де­зок­си­ри­бо­нук­леи­но­вая ки­сло­та (ДНК), мо­ле­ку­ла ко­то­рой обыч­но со­сто­ит из двух це­пей. Стро­гая спе­ци­фич­ность спа­ри­ва­ния пу­ри­но­вых и пи­ри­ми­ди­но­вых ос­но­ва­ний обу­слов­ли­ва­ет свой­ст­во ком­пле­мен­тар­но­сти – вза­им­но­го со­от­вет­ст­вия нук­лео­ти­дов в двух це­пях. Соз­да­ние но­вых со­че­та­ний ге­нов ока­за­лось воз­мож­ным бла­го­да­ря прин­ци­пи­аль­но­му сход­ст­ву строе­ния мо­ле­кул ДНК у всех ви­дов ор­га­низ­мов, а фак­тич. уни­вер­саль­ность ге­не­тич. ко­да обес­пе­чи­ва­ет экс­прес­сию чу­же­род­ных ге­нов (про­яв­ле­ние их функ­цио­наль­ной ак­тив­но­сти) в лю­бых ви­дах кле­ток. Это­му спо­соб­ст­во­ва­ло так­же на­ко­п­ле­ние зна­ний в об­лас­ти хи­мии нук­леи­но­вых ки­слот, вы­яв­ле­ние мо­ле­ку­ляр­ных осо­бен­но­стей ор­га­ни­за­ции и функ­цио­ни­ро­ва­ния ге­нов (в т. ч. ус­та­нов­ле­ние ме­ха­низ­мов ре­гу­ля­ции их экс­прес­сии и воз­мож­но­сти под­чи­не­ния ге­нов дей­ст­вию «чу­жих» ре­гу­ля­тор­ных эле­мен­тов), раз­ра­бот­ка ме­то­дов се­к­ве­ни­ро­ва­ния ДНК, от­кры­тие по­ли­ме­раз­ной цеп­ной ре­ак­ции , по­зво­лив­шей бы­ст­ро син­те­зи­ро­вать лю­бой фраг­мент ДНК. Важ­ны­ми пред­по­сыл­ка­ми для по­яв­ле­ния Г. и. яви­лись: от­кры­тие плаз­мид , спо­соб­ных к ав­то­ном­ной ре­п­ли­ка­ции и пе­ре­хо­ду из од­ной бак­те­ри­аль­ной клет­ки в дру­гую, и яв­ле­ния транс­дук­ции – пе­ре­но­са не­ко­то­рых ге­нов бак­те­рио­фа­га­ми, что по­зво­ли­ло сфор­му­ли­ро­вать пред­став­ле­ние о век­то­рах: мо­ле­ку­лах – пе­ре­нос­чи­ках ге­нов. Ог­ром­ное зна­че­ние в раз­ви­тии ме­то­до­ло­гии Г. и. сыг­ра­ли фер­мен­ты, участ­вую­щие в пре­об­ра­зо­ва­нии нук­леи­но­вых ки­слот: ре­ст­рик­та­зы (уз­на­ют в мо­ле­ку­лах ДНК стро­го оп­ре­де­лён­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти – сай­ты – и «раз­ре­зают» двой­ную цепь в этих мес­тах), ДНК-ли­га­зы (ко­ва­лент­но свя­зы­ва­ют отд. фраг­мен­ты ДНК), об­рат­ная транс­крип­та­за (син­те­зи­ру­ет на мат­ри­це РНК ком­пле­мен­тар­ную ко­пию ДНК, или кДНК) и др. Толь­ко при их на­ли­чии соз­да­ние ис­кусств. струк­тур ста­ло тех­ни­че­ски вы­пол­ни­мой за­да­чей. Фер­мен­ты ис­поль­зу­ют­ся для по­лу­че­ния ин­ди­ви­ду­аль­ных фраг­мен­тов ДНК (ге­нов) и соз­да­ния мо­ле­ку­ляр­ных гиб­ри­дов – ре­ком­би­нант­ных ДНК (рекДНК) на ос­но­ве ДНК плаз­мид и ви­ру­сов. По­след­ние дос­тав­ля­ют нуж­ный ген в клет­ку хо­зяи­на, обес­пе­чи­вая там его раз­мно­же­ние (кло­ни­ро­ва­ние) и об­ра­зо­ва­ние ко­неч­но­го про­дук­та ге­на (его экс­прес­сию).

    Генная инженерия

    Генная инженерия — это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.

    Носителями материальных основ генов служат хромосомы, в состав которых входят ДНК и белки. Но гены образования не химические, а функциональные. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества блоков, хранящих определенный объем информации — генов. В основе действия гена лежат его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК как бы записана информация, определяющая химическую структуру белковых молекул. Ген — участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка (один ген — один белок). Поскольку в организмах присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов клетки составляет ее геном. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации. Поэтому, например, нервные клетки и по структурно-функциональным, и по биологическим особенностям отличаются от клеток печени.

    Читать еще:  Известные инженеры механики

    Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет собой качественные изменения генов не связанные с видимыми в микроскопе изменениями строения хромосом. Изменения генов прежде всего связано с преобразованием химической структуры ДНК. Информация о структуре белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов, реализуется в виде последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала.

    Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Этот процесс состоит из нескольких этапов.

    1. Рестрикция — разрезание ДНК, например, человека на фрагменты.

    2. Лигирование — фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и сшивают их.

    3. Трансформация —введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки. Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные свойства. Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию из многих тысяч потомков — клон.

    4. Скрининг — отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые плазмиды, несущие нужный ген человека.

    Весь этот процесс называется клонированием. С помощью клонирования можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или другого организма. Если клонированный фрагмент кодирует белок, то экспериментально можно изучить механизм, регулирующий транскрипцию этого гена, а также наработать этот белок в нужном количестве. Кроме того, клонированный фрагмент ДНК одного организма можно ввести в клетки другого организма. Этим можно добиться, например, высокие и устойчивые урожаи благодаря введенному гену, обеспечивающему устойчивость к ряду болезней. Если ввести в генотип почвенных бактерий гены других бактерий, обладающих способностью связывать атмосферный азот, то почвенные бактерии смогут переводить этот азот в связанный азот почвы. Введя в генотип бактерии кишечной палочки ген из генотипа человека, контролирующий синтез инсулина, ученые добились получения инсулина при посредстве такой кишечной палочки. При дальнейшем развитии науки станет возможным введение в зародыш человека недостающих генов, и тем самым позволит избежать генетических болезней.

    Эксперименты по клонированию животных ведутся давно. Достаточно убрать из яйцеклетки ядро, имплантировать в нее ядро другой клетки, взятой из эмбриональной ткани, и вырастить ее — либо в пробирке, либо в чреве приемной матери. Клонированная овечка Доли была создана нетрадиционным путем. Ядро из клетки вымени 6-летней взрослой овцы одной породы пересадили в безъядерное яйцо овцы другой породы. Развивающийся зародыш поместили в овцу третей породы. Так как родившаяся овечка получила все гены от первой овцы — донора, то является ее точной генетической копией. Этот эксперимент открывает массу новых возможностей для клонирования элитных пород, взамен многолетней селекции.

    Ученые Техасского университета смогли продлить жизнь нескольких типов человеческих клеток. Обычно клетка умирает, пережив около 7-10 процессов деления, а они добились сто делений клетки. Старение, по мнению ученых, происходит из-за того, что клетки при каждом делении теряют теломеры, молекулярные структуры, которые располагаются на концах всех хромосом. Ученые имплантировали в клетки открытый ими ген, отвечающий за выработку теломеразы и тем самым сделали их бессмертными. Возможно это будущий путь к бессмертию.

    Еще с 80-х годов появились программы по изучению генома человека. В процессе выполнения этих программ уже прочитано около 5 тысяч генов (полный геном человека содержит 50-100 тысяч). Обнаружен ряд новых генов человека. Генная инженерия приобретает все большее значение в генотерапии. Потому, что многие болезни заложены на генетическом уровне. Именно в геноме заложена предрасположенность ко многим болезням или стойкость к ним. Многие ученые считают, что в XXI веке будет функционировать геномная медицина и генная инженерия.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector
    ×
    ×